미국에서만 거의 40만명이, 전세계적으로는 거의 2백만명이 만성신부전증때문에 혈액투석기로 매일 혈액 내 독성을 걸러내고 있다. 환자들은 최소 일주일에 3차례, 3시간 내지 5시간동안 팔을 뻗은 채 기계에 매여있어야 한다.

설령 이렇게 한다해도 투석기는 단지 신장기능의 13%정도만 효능을 발휘한다. 그리고 투석기에 의존하는 환자의 5년간 생존률은 단지 33~35%에 불과하다. 건강을 회복하기 위해 환자들은 신장이식을 받아야 하지만 신장 기증자는 그만큼 충분하지 않다. 지난 8월, 미국에서만 8만5천명의 환자들이 신장이식 대기자 목록에 올랐다. 그러나 지난해 시행된 신장이식은 1만7천건에 불과했다.

스프 캔보다 작은 인공신장 프로토타입 만들어

미국 MIT의 인터넷잡지 테크놀로지리뷰(Technology Review)는 최근판에서 이식형 인공신장의 프로토타입이 만들어졌다고 보도했다. 여러 실험실의 협력으로 만들어진 다학제 연구그룹은 이번에 처음으로 이식가능한 인공신장을 만들고 있다. 지난주 공개된 이 프로토타입은 콤팩트해서 스프 캔보다 작다. 이는 혈관내 독성을 걸러낼 뿐 아니라 인간 신장 세포를 사용해 혈압을 고르게 하고 비타민 D를 생산하는 것과 같은 생체기능도 수행한다.

미국 샌프란시스코 캘리포니아대에 있는 연구실의 바이오엔지니어 슈보 로이(Shuvo Roy)는 “신장투석기는 시간이 많이 들 뿐만 아니라 신체를 쇠약하게 만든다. 많은 환자들은 신장투석을 받으면 기분이 좋지 않다고 느끼는데, 이는 신장투석기가 건강한 신장이 수행하는 정상적인 모든 기능을 수행하지 못하기 때문”이라고 설명한다.

로이는 이번에 새로운 기기를 만들어냈고, 이미 동물실험을 마친 상태다. 그는 “신장은 독성만 걸러내는 것에 그치지 않는다. 신진대사 기능과 호르몬 기능도 수행한다. 현재 사용되는 혈액투석기에는 이런 기능이 없다”고 덧붙였다.

그러나 인공신장을 사람의 몸속에 맞춰넣을 수 있을만큼 작게 만드는 것은 대단한 도전과제다. 건강한 신장은 매일 90리터 분량의 물을 걸러낸다. 현재의 혈액투석기계는 작은 냉장고만큼 크다. 그리고 기계에는 구멍이 뚫린 조직을 통해 혈액의 오염물질이 걸러지도록 충분한 물을 공급할 수 있을 만큼 기계에 상당량의 압력을 줘야 한다.

새로운 이식기는 여러 연장선에 놓여 다른 연구들의 융합으로 만들어지고 있다. 이는 이 분야 두가지의 최근 발전된 연구결과에서 착안됐다.

수천개의 실리콘 조직 쌓아 만든 프로토타입

미국 미시간대의 신장병학자 데이비드 흄스(David Humes)는 인간 신장세포가 방만한 크기의 투석기계에 사용되면 신장기능이 정지된 환자의 건강을 크게 증진시킬 수 있음을 보여줬다. 그동안 클래브랜드 크리닉(Cleveland Clinic)의 신장병학자 로이와 윌리엄 휘셀(William Fissell)은 밀도가 높고 정확한 크기의 구멍이 난 나노-폴(나노 크기의 기공) 실리콘 조직을 만들었다. 이런 연구가 신장투석기를 소형화하는 기반이 된다.

이번 프로토타입은 두가지 시스템으로 만들어져있다. 독성제거 필터가 그 한가지인데, 이는 수천개의 실리콘 조직을 쌓아 만들었다. 나노-폴을 매우 촘촘하고 매우 정확하게 만들어 구현한 것이다. 이는 환자 몸 자체의 혈압의 힘만으로 매우 정확하게 혈액을 투석할 수 있다. 독성과 혈당, 물, 염분 등이 포함된 혈액은 필터를 통해 흐르면서 제거된다.

깨끗한 피와 여과된 물은 둘다 시스템의 별도 카트리지로 들어간다. 이것은 더 많은 실리콘 조직을 거치게 되며 인간 신장 세포의 한 형태에 따라 코팅된다. 이런 과정은 물, 당, 염분은 비타민 D를 만들고 혈압이 너무 낮을 정도로 떨어지는 것을 막을 수 있도록 기기에서 이들 성분이 재흡수되는 것을 돕는다. 혈액투석기가 할 수 없는 보통의 신장이 활동하는 방식과 같다. 재흡수 되지 않은 부산물 등은 수포가 붙은 튜브를 통해 분리되고 소변에서 버려질 수 있도록 신장에서 제거된다. 이 역시 보통의 신장에서 수행하는 기능과 같은 방식이다.

그러나 인공신장은 완벽한 시스템과는 거리가 멀다. 연구자들은 이것이 인간 신장을 이식하는 것을 대체할 수 있을 것으로 기대하지는 않는다. 휘셀은 “당신의 신장은 20~30개의 다른 타입의 세포를 가지고 있다.

이는 각자 다른 기능을 수반하고 있다. 그러나 우리는 신장기능이 실패했을 때 벌어질 수 있는 결정적인 문제점부터 극복하고자 한다”며 “만약 당신이 신장이식을 위한 리스트에 올라가 있다면, 당신은 신장을 구하기 위해 기다리다 죽고 싶지는 않을 것”이라고 말한다. 그는 새로운 기기가 신장이식을 기다리는 많은 환자들이 이식 수술전 거쳐가는 다리 역할을 할 수 있을 것으로 전망했다.

스탠포드의대의 신장학교실 글랜 체토우(Glenn Chertow) 학과장은 “일반적인 관점에서 봤을 때, 이식가능한 기기는 환자들이 현재 겪고 있는 부담을 확연하게 줄일 수 있다”며 “그리고 자연 신장이 발휘할 수 있는 또 다른 마법같은 기능을 이식형 기기에 추가할 수 있다면, 우리는 건강을 위한 회복에 더욱 가깝게 접근할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구자들은 이미 더 많은 어려운 문제들을 해결하기 위한 연구에 착수한 상태다. 흄스는 필요한 크기에 맞는 신장세포를 만들어낼 수 있는 방법에 대해 연구 중이다. 그는 현재 하나의 신장으로부터 10만개의 기기를 만드는 데 필요한 세포를 배양할 수 있다. 또 이들 세포를 미래에 사용하기 위해 냉동보관하는 최선의 방법을 결정지었다. 그리고 로이는 수십마리의 쥐와 소수의 돼지에 새 기기를 이식하는 연구를 진행중이다. 그러나 그들은 여전히 이식기기가 인간에게 효과적으로 역할을 발휘할 수 있을만큼 이식기기의 성능을 키워야 한다.

현재 바이오카트리지는 매일 30~35리터의 물을 걸러낼 수 있다. 그러나 인간에게 사용되기 위해서는 하루 최소한 43리터를 걸러낼 수 있어야 한다. 연구자들은 또 이 기기가 혈액응고나 면역반응 등을 일으키지 않도록 하는 방법도 찾아야 한다.

출처: 싸이언즈 타임즈

 박상주 객원기자